从剑桥留学生到物理学之神 第39章

　　感谢【曾经1爱】、【MCY379】的月票。感谢各位书友的推荐票。留个钩子，猜猜第一届诺贝尔物理学奖花落谁家。

第55章 一章教你搞懂狭义相对论

　　卡文迪许实验室，师徒四人终于从兴奋中平静下来。

　　汤姆逊接回信件，中气十足地说道：“在座的各位，都有机会冲一冲这个奖项。”

　　“哪怕第一届不能入选，后面几届依然有很大的机会。”

　　“比如卢瑟福，你的结果今年才发表，估计委员会就是想提名，也来不及了。”卢瑟福点点头，不是很在意，反正他也没准备在第一届里厮杀。

　　“布鲁斯，你就不好说了，我个人非常看好你的成就，但伱毕竟太过年轻，那些物理宿老们可能会有偏见。”李奇维也知道的自己短板，不过他没有放弃。

　　“至于威尔逊，你也不要气馁，等你的云室设计成熟后，也必然是诺奖级别的成果。”

　　“也许十几年后，我们卡文迪许实验室会有四个诺贝尔物理学奖获得者。”

　　汤姆逊意气风发，三人都被他的自信所感染，房间内充满爽朗的笑声。

　　只有李奇维知道，实验室的辉煌可远不止于此。

　　而他自己也不能停下脚步，那就暂定一个小目标：狭义相对论。

　　如果说量子论是否定了牛顿的“连续”时空观，物理学家们在直觉上还能接受。

　　毕竟在宏观世界，牛顿力学定律依然起支配作用，量子论与牛顿力学只是对物质的研究尺度不同。

　　那么狭义相对论则是否定了牛顿的“绝对”时空观，物理学家们无论如何也接受不了。

　　狭义相对论是彻底颠覆了牛顿经典力学，甚至可以直接说，牛顿力学就是错的。

　　所以当爱因斯坦在1905年第一次提出狭义相对论后，当时的物理学界没人认可，一方面是牛顿的权威，另一方面则是这个理论太大胆。

　　与广义相对论那复杂到极致的数学变换相比，狭义相对论其实没有多少高深的数学知识。

　　这个理论的难点，其实在于人们对于时空观念的转变，需要反直觉，抛弃从小到大的固有思维。

　　狭义相对论有两条基本原理（公理，不证自明）：狭义相对性原理和光速不变原理。

　　狭义相对性原理：在一切惯性参考系（静止或直线运动的参考系）中，所有物理定律都是等价的。

　　光速不变原理：在一切惯性参考系中，光在真空中的速度c永远不变。

　　对于第一个原理，很好理解，因为这完全符合人类的直觉。

　　其实早在1632年，伽利略就提出了这个原理：相对于惯性系做匀速直线运动的任一惯性系，力学规律是相同的。

　　比如虽然地球在宇宙中不停地运动，但是不管它的速度是多少，我们在上面做实验都没有任何差别。

　　不管你是在南极做实验和还是在北极做实验，得出的物理规律一定是相同的。

　　至于第二个原理，则是理解狭义相对论最大的拦路虎。

　　首先我们要明白，光速不变原理不是爱因斯坦假设的，而是通过理论和实验测出来的，是真实的自然现象。

　　当年麦克斯韦横空出世，他的电磁方程组，得出的结果竟然发现光速c是一个恒定值，约30万公里/每秒。

　　后来又有很多物理学家，做了各种各样的实验，最后都发现光速c确实是一个常数，实验和理论吻合。

　　虽然麦克斯韦当初推导光速时，是基于空间中存在“以太”这个特殊参考系。

　　但不幸的是，后来的结果证明了以太不存在，这就是第一朵乌云的本质。

　　同时也是这个时代，困扰无数物理学家的最大障碍，没有人能理解光速c不变。

　　其实，如果想要理解光速不变原理，需要从两个角度去考虑。

　　第一，光速与光源的速度无关。

　　假设一个人A在草地上快速奔跑（速度大），然后打开手电筒；接着又缓慢行走（速度小），再次打开手电筒。

　　这两个过程在另一个人B观察来看，手电筒的光速居然是一样的，都是c，这就很奇怪。

　　因为如果把手电筒换成木棍，这两种情况下把木棍投出去，则B观察到的木棍飞行速度肯定不一样。

　　根据牛顿的惯性定律和直觉，人在助跑后，木棍能投的更远（假设投掷的力一样）。

　　问题来了，为什么惯性对木棍起作用，对光就不起作用呢？

　　后世的我们知道，第一因为光没有静止质量，所以也就没有惯性；第二光是瞬间激发的，打开手电筒之前，光并不存在。

　　光在产生出来的一瞬间，就和光源没有关系了，不仅人A的速度不影响光速，就连地球的公转速度也不影响光速。

　　这一点现在应该可以很好理解了吧。

　　难的是第二点，光速与观察者的速度无关。

　　假设现在没有B这个观察者了，而是A拿着手电筒匀速奔跑，自己观察光速。

　　在打开手电筒的瞬间，A有三种选择，第一继续向前奔跑，第二静止不动，第三掉头往回跑。

　　结果在这三种情况下，A观察到的光速全是一样的，都等于c。

　　这又是非常反直觉的现象。

　　因为光既然有一个具体的速度，那么顺着光跑，应该会观察到光速变慢；逆着光跑，则会观察到光速变快。

　　可现实却不是这样，为什么牛顿力学的速度叠加不再起作用呢？

　　这就涉及到时空的本质以及时空转换了，也是狭义相对论最最最难理解的点。

　　当时的普通人和物理学家在这一点上的认知几乎是相同的。

　　那就是在牛顿体系下，时间和空间是绝对的。测量时间的长短和测量空间的大小是绝对的，只有速度是相对的。

　　但是狭义相对论却指出，时间和空间是相对的，速度才是绝对的。测量时间和空间需要参考系，测量速度却不需要，速度是一个常量（不仅仅指光速）。

　　后面的钟慢效应、尺缩效应、以及质能方程都是基于这种时空观下的理论推导。

　　只要完成了这一时空观念的转变，打破经典力学的绝对时空观念，就能理解狭义相对论了。

　　至于如何理解空间和时间的相对性，那就是另一个复杂的问题，这里不便展开。

　　现在再回到第二点，为何速度不能叠加，通俗地理解，以不同速度运动的物体各自有自己的时间和空间。

　　所以此刻A所处的时空和光所处的时空已经不是同一个时空了，牛顿定律自然就失效了。

　　注意！这种情况下，哪怕是把光换成木棍，其实也不能叠加。

　　之所以后世初高中学习时，可以直接叠加，是因为在低速情况下，算出来的误差很小。

　　根据洛伦兹因子计算，当物体速度大于0.14倍光速时，相对论效应才大于1%。

　　所以在日常活动中，使用牛顿力学的近似计算也没什么问题。

　　至于光速为什么会是这个值，谁也不知道，只能把它当成宇宙真理，造物主故意设置等等。

　　李奇维想到这里，不由自主地一笑，狭义相对论果然过于逆天，难怪发表后得不到理解和认可。

　　一旁的威尔逊看到他无故发笑，便问道：“布鲁斯，你又有什么好想法了，要不和我讨论讨论？”

　　李奇维回过神，笑道：“哦，我在幻想，我获得今年诺贝尔物理学奖后发表的演讲呢。”

　　老威很生气，快速远离了装逼犯。

　　狭义相对论是一个大剧情，后面的学术争论会很精彩刺激，所以老虚需要一些铺垫，说明争论的核心点是什么，方便读者理解。当然我知道书友们都是人均博士起步，但为了剧情完整，我觉得还是要写的。

　　最后，求收藏求追读，大家在评论区骂那么狠，最起码给点票票补偿下吧。

第56章 瑞士来信

　　理清狭义相对论的内容后，李奇维心情极好，同时隐隐的还有一丝期待。

　　和量子论不同，狭相发表的那天，注定会掀起腥风血雨，无数大佬必然口诛笔伐，甚至连普朗克可能都会反对。

　　到时候他将和爱因斯坦共同面对这场风暴，那也会是苏黎世学派第一次亮相物理学界。

　　想想就让人热血沸腾，斗志昂扬。

　　不过，李奇维没有决定今年就抛出狭相，有点太惊世骇俗了。

　　木秀于林，风必摧之！

　　爱因斯坦可以那样做，他李奇维却不能那么做。

　　于是，正当他想写信给爱因斯坦，提前透露一些狭相的想法时，忽然收到了瑞士的来信。

　　信是爱因斯坦写的，里面讲述了他现在的境况和下一步计划。

　　“布鲁斯，自从上次一别，每天十分想念你。”

　　“我有几个好消息要告诉你，因为是你带给了我好运。”

　　“第一个是，我终于取得了瑞士国籍。因为光电效应的论文，瑞士政府特批了我的资料。”

　　“第二个是，苏黎世大学已经批准了我的博士入学申请，现在我的导师是克莱纳教授，他是一个非常热爱学术的人，我很喜欢这点。”

　　“第三点就说来话长了。我和米列娃准备今年要一个孩子，并且要搬到一个好的地方居住，这些都需要钱。”

　　“如今虽然我在苏黎世大学读博士，但每月的薪水十分微薄，哎，为什么搞学术的人就要过清贫的生活呢？”

　　李奇维看到这嘿嘿一笑，看来哪怕是伟人，也有一分钱难倒英雄汉的时候。

　　同时也感叹这个时代的科学家们，他们创造了璀璨的物质世界，自己却没有享受多少。

　　“不过幸运的是，格罗斯曼通过家族，给我找到一份瑞士伯尔尼专利局的工作。”

　　“我非常喜欢这份工作，不仅解决了我的薪水问题，而且每天都能看到无数天才的想法和设计。”

　　“这比我在大学里学习时还要有趣，我会好好把握这个机会。”

　　“另外，布鲁斯，最近一段时间，我一直在思考第一朵乌云的问题。”

　　“我准备先从光速不变下手，这个问题是一个至关重要的中心，我认为还需要围绕它来展开。”

　　“当然，有时间的话，还是希望能和伱面对面交流，你的天才想法一定能帮我灵光乍现。”

　　“祝好.”

　　看完了爱因斯坦的信后，李奇维感慨万千，自己是真的开始改变历史，改变周围人的命运了。

　　因为历史上，爱因斯坦明年才会去专利局工作，现在竟然提前了。

　　接下来的路，只能靠李奇维自己走了，通俗地说，他的金手指瞬间削弱一半。

　　不过李奇维依然有绝对的自信，因为历史可以改变，但知识永远不会变。

　　同时，爱因斯坦的遭遇，也让他明白，光有学问不行，还得有钱财。

　　虽然他自己不缺钱，但以后他的势力大了，用钱的地方就多了去了。

　　这段时间，李奇维的事情不多，本来是准备开公司的，但是后来想想还是算了。

　　毕竟他现在是在英国的地界，万一哪天他跟英国政府闹掰了，又在人家地盘上有很多的实体产业，那绝对是肉包子打狗，有去无回。

　　不要以为这个时代的英国很文明，讲法律，那简直是开玩笑。

　　大英帝国称霸世界，它就是法，它就是天。道理不能解决你，物理肯定能解决你。

　　如果李奇维是英国人，那一切都好说；但他是华夏人，一旦有变，自身处境就很危险。

　　万一哪天他需要逃离英国，最好的方式是所有钱直接转走，不留任何实物资产。

　　现在正好，爱因斯坦在专利局的工作提醒了他，他何必要累死累活办公司，完全可以直接靠专利躺着收钱啊。

　　赚到钱后，就全部投资在国内，建学校建工厂，以后甚至直接买一块地方建科学之城。

　　存起来的钱只是废纸，流通起来才能有巨大的威力。

　　这下走的时候，连钱都不用转了，都已经化作他的底蕴和实力了。

　　英国赚钱华夏花！

　　而且，在前期，星火计划刚刚启动，他可以直接与人合资在欧洲建厂，到时候把国内的人带过来培训。

　　毕竟这个时代的技术工人还是高端职业，国内的基础太差了，想学都没地方。

　　而欧洲此时已经很发达了，汽车、轮船、飞机、铁路、枪炮、酸碱、橡胶等等。

　　制造原子弹更是需要地质勘探、采矿、冶金、化工、电力、机械制造、建筑、电机和精密仪表等工业体系。